基于多信息融合技术的导盲设备研究

摘要

本文提出了一种基于多信息融合技术的盲人室外行走辅助设备，旨在为使用者提供可靠的室外场景分析。导盲系统的基本功能是室外场景可行走区域及障碍物区域检出，系统使用基于单应性原理的道路检测算法实现这一功能。该算法使用双目立体相机作为场景采集设备，利用空间道路平面在双目相机成像的单应性关系进行道路检出。该算法广泛应用于室外道路检出领域。
　　 本文的创新点在于改进了道路检出算法中单应性矩阵的获取方法，同时在双目相机的基础上添加立体相机，作为单应性矩阵获取的辅助设备。传统的单应性矩阵获取方法利用双目图像特征匹配送行计算，当道路图像特征数目不足或集中的情况下无法有效检出道路区域。而新方法利用道路平面参数推算单应性矩阵，能够有效避免传统方法引起的适用性问题，提高算法稳定性及适用性。
　　 本文的另一个创新点在于提出一台基于触感的场景“显示”装置作为导盲仪反馈系统。该装置的前面板由二维点阵组成，每个点能够产生弹起与落下两个动作。系统将场景分析结果与点阵同步，即可“显示”场景信息。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题研究目的及意义

1．2 课题研究现状

1．3 课题研究内容

2 基于多信息融合技术的导盲系统

2．1 导盲系统硬件装置

2．2 导盲系统运行流程

3 输入设备参数模型及其标定

3．1 针孔相机模型概述

3．1．1 基本投影几何

3．1．2 相机外部参数模型

3．2 立体相机模型概述

3．3 系统标定方法

3．3．1 内参标定

3．3．2 相对姿态估计

3．3．3 非线性优化

4 基于单应性原理的道路检测算法

4．1 单应性理论基础

4．2 基于图像特征的单应性矩阵估计算法

4．2．1 几何约束模型

4．2．2 基于RANSAC的单应性矩阵估计算法

4．3 基于平面参数预估的单应性矩阵获取算法

4．3．1 几何约束模型

4．3．2 道路检测算法

4．4 基于高斯牛顿法的参数优化算法

4．4．1 高斯牛顿优化算法概述

4．4．2 改进的高斯牛顿算法

5 实验结果与分析

5．1 道路检测算法可行性测试

5．2 系统运行时间测试

5．3 室外道路检测实验

5．4 反馈装置实验

5．5 结论

6 总结与展望

6．1 本文工作总结

6．2 未来工作设想

参考文献

攻读硕士学位期间主要研究成果